異種元素を添加したBi系複合酸化物顔料の低温合成と発色性能の向上
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20K05142
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Kitakyushu National College of Technology |
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Principal Investigator |
松嶋 茂憲 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (80229476)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小畑 賢次 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (70370046)
大川原 徹 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (50632650)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | Bi系複合酸化物 / Bi4Ti3O12 / 環境調和型セラミックス / 第一原理バンド計算 / 固体電子構造 / 状態密度 / 黄色無機顔料 / 錯体重合法 / バナジウム / 共添加 / 第一原理計算 / パイロクロア型構造 / 黄色系無機顔料 / Bi2Zr2O7 微粒子 / Vドープ / Bi2Ti2O7 微粒子 / 環境調和型セラミック顔料 / 黄色系顔料 |
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| Outline of Research at the Start |
人体や自然環境に対する悪影響のため、セラミック顔料における有害金属の使用が制限されているが、鮮やかな発色を示す環境調和型セラミック顔料の開発は立ち遅れている。
本研究では、黄色発色性に優れた環境調和型セラミック顔料微粒子の創製を目的とし、有機酸多核錯体の低温熱分解により、パイロクロア型構造を持つBi系複合酸化物微粒子としてBi2M2O7(M=Ti,Zr,Ce)の合成に取り組む。
具体的には、以下の項目について検討する。
①有機酸多核錯体法によるBi系複合酸化物微粒子の低温合成,
②異種元素添加によるBi系複合酸化物粒子の形状特性の制御と発色性能の向上,
③第一原理計算による実験結果の理論的検証
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度は、令和2年度に得られたBi4Ti3O12(BTO)が熱力学的に安定であるという実験結果に注目して、BTOが無機顔料として応用可能かどうか知見を得るために第一原理計算を実施した。まず、理論的な格子定数と原子座標を得るために、擬ポテンシャル法に基づくCASTEPプログラムによる第一原理分子動力学計算を実施した。引き続き、詳細な固体電子構造を明らかにするために、バンド計算法の中で最も高精度なFLAPW+lo法を採用したWIEN2kプログラムによる第一原理バンド計算を行った。これらの計算では、交換相関相互作用は一般化密度勾配法（GGA）の枠内とした。その結果、価電子帯頂上（VBM）は第一ブリルアンゾーンのY－Γ線上にあり、伝導帯底部（CBM）はΓ点であった。このことはBTOの光学遷移が間接型であることを意味する。またBTOの最小バンドギャップは2.50eV（文献2.57eV）と見積もられ、黄色の無機顔料として有望である。BTO中には、2種類のBi原子（Bi1とBi2）と2種類のTi原子（Ti1とTi2）が存在し、第一原理分子動力学計算からBi1-OとBi2-Oの平均結合距離は0.2647nmと0.2851nmと見積もられた。VBMにはBi6s状態に起因する局在状態が出現するが、Bi2よりもBi1の方がより高エネルギー側に局在化した。一方、Ti1－OとTi2－Oの結合距離は各々0.1966nmと0.2007nmであった。Bi1－OやBi2－Oの結合距離と比較すると、Ti1－OとTi2－Oの結合距離が短かく、BTOの安定性に強く寄与するが、VBMはBi6s状態に支配され、CBMにO2pに寄与する。このことはBTOの光学吸収がBi－O間の相互作用に支配され、その制御が顔料の発色特性において重要であると考えられる。
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Report
(4 results)
Research Products
(36 results)
